Visi gyvi organizmai sudaryti iš ląstelės. Žmogaus kūnas taip pat turi ląstelių struktūra, kurios dėka galimas jo augimas, dauginimasis ir vystymasis.
Žmogaus kūnas susideda iš daugybės skirtingų formų ir dydžių ląstelių, kurios priklauso nuo atliekamos funkcijos. Studijuoja ląstelės struktūra ir funkcija yra susižadėjęs citologija.
Kiekviena ląstelė yra padengta membrana, susidedančia iš kelių molekulių sluoksnių, kuri užtikrina selektyvų medžiagų pralaidumą. Po membrana ląstelėje yra klampi pusiau skysta medžiaga – citoplazma su organelėmis.
Mitochondrijos- ląstelės energetinės stotys, ribosomos - baltymų susidarymo vieta, endoplazminis tinklas, kuris atlieka medžiagų pernešimo funkciją, branduolys - paveldimos informacijos saugojimo vieta, branduolio viduje - branduolys. Jis gamina ribonukleino rūgštį. Šalia branduolio yra ląstelių centras, būtinas ląstelėms dalytis.
Žmogaus ląstelės susideda iš ekologiškų ir neekologiškų organinės medžiagos.
Neorganinės medžiagos:
Vanduo – sudaro 80% ląstelės masės, tirpdo medžiagas, dalyvauja cheminėse reakcijose;
Mineralinės druskos jonų pavidalu – dalyvauja paskirstant vandenį tarp ląstelių ir tarpląstelinė medžiaga. Jie būtini gyvybiškai svarbių organinių medžiagų sintezei.
Organinės medžiagos:
Baltymai yra pagrindinės ląstelės medžiagos, sudėtingiausios gamtoje randamos medžiagos. Baltymai yra membranų, branduolio ir organelių dalis ir atlieka struktūrinę funkciją ląstelėje. Fermentai – baltymai, reakcijos greitintojai;
Riebalai - atlieka energetinę funkciją, yra membranų dalis;
Angliavandeniai – taip pat skaidydami susidaro didelis skaičius energijos, gerai tirpsta vandenyje, todėl juos suskaidžius energija susidaro labai greitai.
Nukleino rūgštys - DNR ir RNR, jos nustato, saugo ir perduoda paveldimą informaciją apie ląstelių baltymų sudėtį iš tėvų palikuonims.
Žmogaus kūno ląstelės turi daugybę gyvybiškai svarbių savybių ir atlieka tam tikras funkcijas:
IN ląstelės metabolizuojasi, lydimas organinių junginių sintezės ir skilimo; medžiagų apykaitą lydi energijos konversija;
Kai ląstelėje susidaro medžiagos, ji auga, ląstelių augimas yra susijęs su jų skaičiaus padidėjimu, tai susiję su dauginimu dalijantis;
Gyvos ląstelės turi jaudrumą;
Vienas iš būdingi bruožai ląstelės – judėjimas.
Žmogaus kūno ląstelė Būdingos šios gyvybiškai svarbios savybės: medžiagų apykaita, augimas, dauginimasis ir jaudrumas. Remiantis šiomis funkcijomis, vykdomas viso organizmo funkcionavimas.
Cheminė ląstelės sudėtis.
Pagrindinės gyvosios gamtos savybės ir organizavimo lygiai
Gyvųjų sistemų organizavimo lygiai atspindi struktūrinio gyvenimo organizavimo pavaldumą ir hierarchiją:
Molekuliniai genetiniai – atskiri biopolimerai (DNR, RNR, baltymai);
Ląstelinis – elementarus savaime besidauginantis gyvybės vienetas (prokariotai, vienaląsčiai eukariotai), audiniai, organai;
Organizmas – savarankiškas individo egzistavimas;
Konkrečiai populiacijai – elementarus besivystantis vienetas – populiacija;
Biogeocenotinės – ekosistemos, susidedančios iš skirtingų populiacijų ir jų buveinių;
Biosfera – visa gyva Žemės populiacija, užtikrinanti medžiagų cirkuliaciją gamtoje.
Gamta yra visas egzistuojantis materialus pasaulis su visomis savo formų įvairove.
Gamtos vienybė pasireiškia jos egzistavimo objektyvumu, elementinės sudėties bendrumu, pavaldumu tiems patiems fiziniams dėsniams ir sistemingumu.
Įvairios gamtinės sistemos, tiek gyvos, tiek negyvos, yra tarpusavyje susijusios ir sąveikauja viena su kita. Sisteminės sąveikos pavyzdys yra biosfera.
Biologija – mokslų kompleksas, tiriantis gyvųjų sistemų vystymosi ir gyvybinės veiklos dėsningumus, jų įvairovės ir prisitaikymo prie aplinkos priežastis, santykį su kitomis gyvosiomis sistemomis ir negyvosios gamtos objektais.
Biologinių tyrimų objektas – gyvoji gamta.
Biologijos tyrimų objektas yra:
Bendrieji ir specifiniai paveldimos informacijos organizavimo, vystymosi, metabolizmo, perdavimo modeliai;
Pačių gyvybės formų ir organizmų įvairovė bei jų santykiai su aplinka.
Visa gyvybės Žemėje įvairovė paaiškinama evoliucijos procesu ir aplinkos poveikiu organizmams.
Gyvenimo esmę lemia M.V.
Wolkenstein kaip „gyvų kūnų, kurie yra atviros savireguliacinės ir savaime besidauginančios sistemos, sudarytos iš biopolimerų – baltymų ir nukleino rūgščių“, egzistavimą Žemėje.
Pagrindinės gyvųjų sistemų savybės:
Metabolizmas;
Savireguliacija;
Irzlumas;
Kintamumas;
Paveldimumas;
Reprodukcija;
Cheminė ląstelės sudėtis.
Neorganinės ląstelės medžiagos
Citologija yra mokslas, tiriantis ląstelių struktūrą ir funkcijas. Ląstelė yra elementarus gyvų organizmų struktūrinis ir funkcinis vienetas. Vienaląsčių organizmų ląstelės turi visas gyvų sistemų savybes ir funkcijas.
Daugialąsčių organizmų ląstelės skiriasi pagal struktūrą ir funkcijas.
Atominė sudėtis: ląstelėje yra apie 70 Mendelejevo periodinės elementų lentelės elementų, o 24 iš jų yra visų tipų ląstelėse.
Makroelementai - H, O, N, C, mikroelementai - Mg, Na, Ca, Fe, K, P, CI, S, ultramikroelementai - Zn, Cu, I, F, Mn, Co, Si ir kt.
Molekulinė sudėtis: ląstelėje yra neorganinių ir organinių junginių molekulių.
Neorganinės ląstelės medžiagos
Vandens molekulė turi netiesinę erdvinę struktūrą ir turi poliškumą. Tarp atskirų molekulių susidaro vandeniliniai ryšiai, kurie lemia fizikinius ir Cheminės savybės vandens.
1. Vandens molekulė pav. 2. Vandeniliniai ryšiai tarp vandens molekulių
Vandens fizinės savybės:
Vanduo gali būti trijų būsenų – skysto, kieto ir dujinio;
Vanduo yra tirpiklis. Poliarinės vandens molekulės ištirpdo kitų medžiagų polines molekules. Medžiagos, kurios tirpsta vandenyje, vadinamos hidrofilinėmis. Vandenyje netirpios medžiagos yra hidrofobinės;
Aukštas specifinė šiluma. Norint nutraukti vandenilio ryšius, laikančius kartu vandens molekules, reikia sugerti daug energijos.
Ši vandens savybė užtikrina šilumos balanso palaikymą organizme;
Aukšta garavimo šiluma. Vandeniui išgarinti reikia gana daug energijos. Vandens virimo temperatūra yra aukštesnė nei daugelio kitų medžiagų. Ši vandens savybė apsaugo organizmą nuo perkaitimo;
Vandens molekulės yra nuolatiniame judėjime, jos susiduria viena su kita skystoje fazėje, kuri svarbi medžiagų apykaitos procesams;
Sanglauda ir paviršiaus įtempimas.
Vandeniliniai ryšiai lemia vandens klampumą ir jo molekulių sukibimą su kitų medžiagų molekulėmis (sanglauda).
Dėl molekulių sukibimo jėgų vandens paviršiuje susidaro plėvelė, kuriai būdingas paviršiaus įtempimas;
Tankis. Atvėsus vandens molekulių judėjimas sulėtėja. Vandenilio jungčių tarp molekulių skaičius tampa didžiausias. Didžiausias vandens tankis yra 4 °C temperatūroje. Užšaldamas vanduo plečiasi (vandeniliniams ryšiams susidaryti reikia vietos), mažėja jo tankis, todėl vandens paviršiuje plūduriuoja ledas, kuris saugo rezervuarą nuo užšalimo;
Gebėjimas formuoti koloidines struktūras.
Vandens molekulės sudaro apvalkalą aplink netirpias kai kurių medžiagų molekules, neleidžiančias susidaryti didelėms dalelėms. Tokia šių molekulių būsena vadinama išsklaidyta (išsklaidyta). Mažiausios medžiagų dalelės, apsuptos vandens molekulių, sudaro koloidinius tirpalus (citoplazmą, tarpląstelinius skysčius).
Biologinės vandens funkcijos:
Transportas – vanduo užtikrina medžiagų judėjimą ląstelėje ir organizme, medžiagų įsisavinimą ir medžiagų apykaitos produktų išsiskyrimą.
Gamtoje vanduo perneša atliekas į dirvožemį ir vandens telkinius;
Metabolizmas – vanduo yra terpė visai biologijai cheminės reakcijos ir elektronų donoras fotosintezės metu, būtinas makromolekulių hidrolizei iki jų monomerų;
Edukacijoje dalyvauja:
1) tepimo skysčiai, mažinantys trintį (sinoviniai – stuburinių sąnariuose, pleuros, pleuros ertmė, perikardo - perikardo maišelyje);
2) gleivės, kurios palengvina medžiagų judėjimą žarnyne ir sukuria drėgną aplinką ant kvėpavimo takų gleivinių;
3) išskyros (seilės, ašaros, tulžis, sperma ir kt.) ir sultys organizme.
Neorganiniai jonai.
Neorganinius ląstelės jonus vaizduoja: katijonai K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH3 ir anijonai Cl-, NOi2-, H2PO4-, HCO3-, HPO42-.
Skirtumas tarp katijonų ir anijonų kiekių ląstelės paviršiuje ir viduje užtikrina veikimo potencialo, kuris yra nervų ir raumenų sužadinimo pagrindas, atsiradimą.
Fosforo rūgšties anijonai sukuria fosfato buferio sistemą, kuri palaiko organizmo tarpląstelinės aplinkos pH 6-9 lygyje.
Anglies rūgštis ir jos anijonai sukuria bikarbonato buferinę sistemą ir palaiko ekstraląstelinės aplinkos (kraujo plazmos) pH 4-7 lygyje.
Azoto junginiai yra mineralinės mitybos, baltymų ir nukleorūgščių sintezės šaltinis.
Fosforo atomai yra nukleino rūgščių, fosfolipidų, taip pat stuburinių kaulų ir nariuotakojų chitino dangos dalis. Kalcio jonai yra kaulų medžiagos dalis, jie taip pat būtini jų įgyvendinimui raumenų susitraukimas, kraujo krešėjimas.
Cheminė ląstelės sudėtis. Neorganinės medžiagos
Ląstelės atominė ir molekulinė sudėtis. Mikroskopinėje ląstelėje yra keli tūkstančiai medžiagų, dalyvaujančių įvairiose cheminėse reakcijose. Ląstelėje vykstantys cheminiai procesai yra viena iš pagrindinių jos gyvavimo, vystymosi ir funkcionavimo sąlygų.
Visos gyvūnų ir augalų organizmų ląstelės, taip pat mikroorganizmai yra panašios cheminės sudėties, o tai rodo organinio pasaulio vienovę.
Lentelėje pateikti duomenys apie ląstelių atominę sudėtį.
Iš 109 Mendelejevo periodinės lentelės elementų nemaža dauguma buvo rasta ląstelėse. Kai kurie elementai ląstelėse yra gana dideliais kiekiais, kiti - mažais kiekiais. Ląstelėje ypač daug keturių elementų – deguonies, anglies, azoto ir vandenilio. Iš viso jie sudaro beveik 98% viso ląstelės turinio. Kita grupė sudaro aštuoni elementai, kurių kiekis langelyje skaičiuojamas procentų dešimtosiomis ir šimtosiomis dalimis. Tai siera, fosforas, chloras, kalis, magnis, natris, kalcis, geležis.
Iš viso jie sudaro 1,9 proc. Visi kiti elementai ląstelėje yra labai mažais kiekiais (mažiau nei 0,01%).
Taigi ląstelėje nėra jokių specialių elementų, būdingų tik gyvajai gamtai. Tai rodo gyvosios ir negyvosios gamtos ryšį ir vienybę.
Atominiame lygmenyje nėra skirtumų tarp organinio ir neorganinio pasaulio cheminės sudėties. Skirtumai randami aukštas lygis organizacija – molekulinė.
Kaip matyti iš lentelės, gyvuose kūnuose kartu su negyvojoje gamtoje paplitusiomis medžiagomis yra daug tik gyviems organizmams būdingų medžiagų.
Vanduo. Pirmoje vietoje tarp ląstelės medžiagų yra vanduo. Jis sudaro beveik 80% ląstelių masės. Vanduo yra svarbiausias ląstelės komponentas, ne tik kiekis. Jis atlieka reikšmingą ir įvairų vaidmenį ląstelės gyvenime.
Vanduo lemia ląstelės fizikines savybes – jos tūrį, elastingumą.
Vanduo turi didelę reikšmę formuojant organinių medžiagų molekulių struktūrą, ypač baltymų struktūrą, kuri yra būtina jų funkcijoms atlikti. Vandens, kaip tirpiklio, svarba yra didelė: iš išorinės aplinkos į ląstelę patenka daug medžiagų vandeninis tirpalas o vandeniniame tirpale iš ląstelės pašalinamos atliekos.
Galiausiai, vanduo yra tiesioginis daugelio cheminių reakcijų (baltymų, angliavandenių, riebalų ir kt. skilimo) dalyvis.
Ląstelės gebėjimas veikti vandens aplinka yra įrodymas, kad gyvybė Žemėje atsirado vandenyje.
Biologinį vandens vaidmenį lemia jo molekulinės struktūros ypatumai: jo molekulių poliškumas.
Angliavandeniai.
Angliavandeniai yra sudėtingi organiniai junginiai, kuriuose yra anglies, deguonies ir vandenilio atomų.
Yra paprastų ir sudėtingų angliavandenių.
Paprasti angliavandeniai vadinami monosacharidais. Sudėtiniai angliavandeniai yra polimerai, kuriuose monosacharidai atlieka monomerų vaidmenį.
Du monosacharidai sudaro disacharidą, trys sudaro trisacharidus, o daugelis sudaro polisacharidus.
Visi monosacharidai yra bespalvės medžiagos, gerai tirpios vandenyje. Beveik visi jie turi malonų saldų skonį. Dažniausiai pasitaikantys monosacharidai yra gliukozė, fruktozė, ribozė ir dezoksiribozė.
2.3 Cheminė ląstelės sudėtis. Makro ir mikroelementai
Vaisių ir uogų, taip pat medaus saldus skonis priklauso nuo juose esančios gliukozės ir fruktozės kiekio. Ribozė ir dezoksiribozė yra nukleorūgščių (p. 158) ir ATP (p. 158) dalis.
Di- ir trisacharidai, kaip ir monosacharidai, gerai tirpsta vandenyje ir yra saldaus skonio. Didėjant monomerų vienetų skaičiui, mažėja polisacharidų tirpumas, dingsta saldus skonis.
Iš disacharidų svarbūs runkeliai (arba cukranendrių) ir pieno cukrus, iš polisacharidų plačiai paplitęs krakmolas (augaluose), glikogenas (gyvūnuose) ir skaidulos (celiuliozė).
Mediena yra beveik gryna celiuliozė. Šių polisacharidų monomeras yra gliukozė.
Biologinis angliavandenių vaidmuo. Angliavandeniai atlieka energijos šaltinio, būtino ląstelei įvairioms veiklos formoms, vaidmenį. Ląstelių veiklai – judėjimui, sekrecijai, biosintezei, liuminescencijai ir kt. – reikalinga energija. Sudėtingos struktūros, turtingos energijos, angliavandeniai ląstelėje giliai suyra ir dėl to virsta paprastais, neturtingais energijos junginiais – anglies monoksidu (IV) ir vandeniu (CO2 ir H20).
Šio proceso metu išsiskiria energija. Suskaidžius 1 g angliavandenių, išsiskiria 17,6 kJ.
Be energijos, angliavandeniai atlieka ir konstravimo funkciją. Pavyzdžiui, augalų ląstelių sienelės pagamintos iš celiuliozės.
Lipidai. Lipidų yra visose gyvūnų ir augalų ląstelėse. Jie yra daugelio dalis ląstelių struktūros.
Lipidai yra organinės medžiagos, netirpios vandenyje, bet tirpios benzine, eteryje ir acetone.
Iš lipidų labiausiai paplitę ir žinomiausi yra riebalai.
Tačiau yra ląstelių, kuriose yra apie 90% riebalų. Gyvūnams tokios ląstelės yra po oda, pieno liaukose ir omentum. Riebalų yra visų žinduolių piene. Kai kurių augalų, pavyzdžiui, saulėgrąžų, kanapių ir graikinių riešutų, sėklose ir vaisiuose yra susikaupę daug riebalų.
Be riebalų, ląstelėse yra ir kitų lipidų, Pavyzdžiui lecitinas, cholesterolis. Lipidai apima kai kuriuos vitaminus (A, O) ir hormonus (pavyzdžiui, lytinius hormonus).
Biologinė lipidų reikšmė yra didelė ir įvairi.
Pirmiausia atkreipkime dėmesį į jų konstravimo funkciją. Lipidai yra hidrofobiniai. Ploniausias šių medžiagų sluoksnis yra ląstelių membranų dalis. Labiausiai paplitę lipidai, riebalai, yra labai svarbūs kaip energijos šaltinis. Riebalai ląstelėje gali būti oksiduojami iki anglies monoksido (IV) ir vandens. Skilstant riebalams energijos išsiskiria dvigubai daugiau nei skaidant angliavandenius. Gyvūnai ir augalai kaupia riebalus ir naudoja juos gyvenimo procese.
Būtina toliau atkreipti dėmesį į prasmę. riebalai kaip vandens šaltinis. Iš 1 kg riebalų jiems oksiduojantis susidaro beveik 1,1 kg vandens. Tai paaiškina, kaip kai kurie gyvūnai gana ilgą laiką gali išgyventi be vandens. Pavyzdžiui, gluosniai, kertantys bevandenę dykumą, gali negerti 10–12 dienų.
Meškos, kiaunės ir kiti žiemojantys gyvūnai negeria ilgiau nei du mėnesius. Šie gyvūnai gyvybei reikalingą vandenį gauna dėl riebalų oksidacijos. Be struktūrinių ir energetinių funkcijų, lipidai atlieka apsaugines funkcijas: riebalai turi mažą šilumos laidumą. Jis nusėda po oda, kai kuriuose gyvūnuose susidaro didelės sankaupos. Taigi, banginio poodinio riebalų sluoksnio storis siekia 1 m, o tai leidžia šiam gyvūnui gyventi saltas vanduo poliarinės jūros.
Biopolimerai: baltymai, nukleorūgštys.
Iš visų organinių medžiagų didžiąją dalį ląstelės (50-70%) sudaro baltymai. Ląstelės membrana ir visos jos vidinės struktūros yra sukurtos dalyvaujant baltymų molekulėms. Baltymų molekulės yra labai didelės, nes susideda iš daugybės šimtų skirtingų monomerų, kurie sudaro įvairiausias kombinacijas. Todėl baltymų rūšių ir jų savybių įvairovė išties begalė.
Baltymai yra plaukų, plunksnų, ragų, raumenų skaidulų, mitybos dalis
kiaušinių ir sėklų bei daugelio kitų kūno dalių medžiagų.
Baltymų molekulė yra polimeras. Baltymų molekulių monomerai yra aminorūgštys.
Gamtoje žinoma daugiau nei 150 skirtingų aminorūgščių, tačiau gyvų organizmų baltymų gamyboje dažniausiai dalyvauja tik 20. Ilgas aminorūgščių siūlas, nuosekliai sujungtas viena su kita, reiškia pirminė struktūra baltymų molekulių (rodo cheminę formulę).
Paprastai šis ilgas siūlas yra sandariai susuktas į spiralę, kurios posūkiai yra tvirtai sujungti vienas su kitu vandeniliniais ryšiais.
Spirališkai susukta molekulės gija yra antrinė struktūra, molekulės voverė. Tokį baltymą jau sunku ištempti. Tada susivyniojusi baltymo molekulė susisuka į dar griežtesnę konfigūraciją - tretinė struktūra. Kai kurie baltymai turi dar sudėtingesnę formą - ketvirtinė struktūra, pavyzdžiui, hemoglobino. Dėl tokio pakartotinio sukimo ilgas ir plonas baltymo molekulės siūlas sutrumpėja, storėja ir susirenka į kompaktišką gumulą - rutuliukas Tik rutulinis baltymas ląstelėje atlieka savo biologines funkcijas.
Jei baltymų struktūra sutrinka, pavyzdžiui, kaitinant ar veikiant cheminiam poveikiui, jis praranda savo savybes ir išsiskleidžia.
Šis procesas vadinamas denatūravimu. Jei denatūracija paveikė tik tretinę arba antrinę struktūrą, ji yra grįžtama: ji vėl gali susisukti į spiralę ir tilpti į tretinę struktūrą (denatūracijos reiškinys). Tokiu atveju atkuriamos šio baltymo funkcijos. Šia svarbiausia baltymų savybe grindžiamas gyvų sistemų dirglumas, t.y.
gyvų ląstelių gebėjimas reaguoti į išorinius ar vidinius dirgiklius.
Daugelis baltymų vaidina svarbų vaidmenį katalizatoriai cheminėse reakcijose,
eidamas narve.
Jie vadinami fermentai. Fermentai dalyvauja pernešant atomus ir molekules, skaidant ir gaminant baltymus, riebalus, angliavandenius ir visus kitus junginius (t.y. ląstelių metabolizme). Nė viena cheminė reakcija gyvose ląstelėse ir audiniuose nevyksta be fermentų dalyvavimo.
Visi fermentai turi specifinį veikimą – racionalizuoja procesus arba pagreitina reakcijas ląstelėje.
Baltymai ląstelėje atlieka daug funkcijų: dalyvauja jos struktūroje, augime ir visuose gyvybiniuose procesuose. Be baltymų ląstelių gyvybė neįmanoma.
Nukleino rūgštys pirmą kartą buvo aptiktos ląstelių branduoliuose, todėl jos gavo pavadinimą (lat.
puсleus – šerdis). Yra dviejų tipų nukleino rūgštys: dezoksiribonukleino rūgštis (sutrumpintai DIC) ir ribonukleino rūgštis (RIC). Nukleino rūgšties molekulės yra iš anksto
yra labai ilgos polimerinės grandinės (sruogos), monomerai
kurie yra nukleotidai.
Kiekviename nukleotide yra viena fosforo rūgšties ir cukraus (dezoksiribozės arba ribozės) molekulė, taip pat viena iš keturių azoto bazių. Azoto bazės DNR yra adenino guaninas ir zumozinas, Ir mi.min,.
Dezoksiribonukleorūgštis (DNR)– svarbiausia gyvos ląstelės medžiaga. DNR molekulė yra paveldimos informacijos apie ląstelę ir visą organizmą nešėja. Iš DNR susidaro molekulė chromosoma.
Kiekvienos biologinės rūšies organizmai turi tam tikrą skaičių DNR molekulių vienoje ląstelėje. Nukleotidų seka DNR molekulėje taip pat visada yra griežtai individuali. unikalus ne tik kiekvienai biologinei rūšiai, bet ir atskiriems individams.
Šis DNR molekulių specifiškumas yra pagrindas nustatant organizmų giminingumą.
Visų eukariotų DNR molekulės yra ląstelės branduolyje. Prokariotai neturi branduolio, todėl jų DNR yra citoplazmoje.
Visos gyvos būtybės turi DNR makromolekules, sudarytas pagal tą patį tipą. Jie susideda iš dviejų polinukleotidų grandinių (sruogų), kurias kartu laiko nukleotidų azotinių bazių vandeniliniai ryšiai (kaip užtrauktukas).
Dvigubos (suporuotos) spiralės pavidalu DNR molekulė sukasi kryptimi iš kairės į dešinę.
Nukleotidų išsidėstymo molekulėje seka lemia paveldimą ląstelės informaciją.
DNR molekulės struktūrą 1953 metais atrado amerikiečių biochemikas
Jamesas Watsonas ir anglų fizikas Francisas Crickas.
Už šį atradimą mokslininkai 1962 metais buvo apdovanoti Nobelio premija. Jie įrodė, kad molekulė
DNR susideda iš dviejų polinukleotidų grandinių.
Šiuo atveju nukleotidai (monomerai) jungiasi vienas su kitu ne atsitiktinai, o selektyviai ir poromis per azoto junginius. Adeninas (A) visada susijungia su timinu (T), o guaninas (g) visada prisijungia prie citozino (C). Ši dviguba grandinė yra tvirtai susukta į spiralę. Nukleotidų gebėjimas selektyviai susieti kartu vadinamas papildomumo(lot. komplementus – priedas).
Replikacija vyksta taip.
Dalyvaujant specialiems ląstelių mechanizmams (fermentams), DNR dviguba spiralė išsivynioja, siūlai atsiskiria (kaip atsegamas užtrauktukas), ir palaipsniui į kiekvieną iš dviejų grandinių pridedama papildoma pusė atitinkamų nukleotidų.
Dėl to vietoj vienos DNR molekulės susidaro dvi naujos identiškos molekulės. Be to, kiekviena naujai suformuota dvigrandė DNR molekulė susideda iš vienos „senos“ nukleotidų grandinės ir vienos „naujos“.
Kadangi DNR yra pagrindinis informacijos nešėjas, jos gebėjimas dubliuotis leidžia, kai ląstelė dalijasi, tą paveldimą informaciją perkelti į naujai suformuotas dukterines ląsteles.
Ankstesnis12345678Kitas
ŽIŪRĖTI DAUGIAU:
Buferis ir osmosas.
Gyvuose organizmuose esančios druskos yra ištirpusios jonų pavidalu – teigiamai įkrautų katijonų ir neigiamo krūvio anijonų.
Katijonų ir anijonų koncentracija ląstelėje ir jos aplinkoje nėra vienoda. Ląstelėje yra gana daug kalio ir labai mažai natrio. Ekstraląstelinėje aplinkoje, pavyzdžiui, kraujo plazmoje, in jūros vanduo, priešingai, yra daug natrio ir mažai kalio. Ląstelių dirglumas priklauso nuo Na+, K+, Ca2+, Mg2+ jonų koncentracijų santykio.
Jonų koncentracijų skirtumas skirtingose membranos pusėse užtikrina aktyvų medžiagų pernešimą per membraną.
Daugialąsčių gyvūnų audiniuose Ca2+ yra tarpląstelinės medžiagos dalis, kuri užtikrina ląstelių sanglaudą ir tvarkingą jų išsidėstymą.
Cheminė ląstelės sudėtis
Priklauso nuo druskos koncentracijos osmoso slėgis ląstelėje ir jos buferinės savybės.
Buferis yra ląstelės gebėjimas palaikyti pastovų šiek tiek šarminę savo turinio reakciją.
Yra dvi buferio sistemos:
1) fosfato buferio sistema – fosforo rūgšties anijonai palaiko ląstelinės aplinkos pH 6,9
2) bikarbonatinė buferinė sistema – anglies rūgšties anijonai palaiko ekstraląstelinės aplinkos pH 7,4 lygyje.
Panagrinėkime buferiniuose tirpaluose vykstančių reakcijų lygtis.
Jei padidėja ląstelių koncentracija H+ , tada vandenilio katijonas prisijungia prie karbonato anijono:
Didėjant hidroksido anijonų koncentracijai, jie jungiasi:
H + OH–+ H2O.
Taip karbonato anijonas gali palaikyti pastovią aplinką.
Osmosinis vadiname reiškinius, vykstančius sistemoje, susidedančioje iš dviejų tirpalų, atskirtų pusiau pralaidžia membrana.
IN augalo ląstelė Pusiau pralaidžių plėvelių vaidmenį atlieka ribiniai citoplazmos sluoksniai: plazmalema ir tonoplastas.
Plazmalema yra išorinė citoplazmos membrana, esanti šalia ląstelės membranos. Tonoplastas yra vidinė citoplazminė membrana, supanti vakuolę. Vakuolės – tai ertmės citoplazmoje, užpildytos ląstelių sultimis – vandeniniu angliavandenių, organinių rūgščių, druskų, mažos molekulinės masės baltymų ir pigmentų tirpalu.
Medžiagų koncentracija ląstelių sultyse ir išorinėje aplinkoje (dirvožemyje, vandens telkiniuose) dažniausiai nėra vienoda. Jei tarpląstelinė medžiagų koncentracija didesnė nei išorinėje aplinkoje, vanduo iš aplinkos į ląstelę, tiksliau į vakuolę, pateks greičiau nei priešinga kryptimi. Didėjant garsumui ląstelių sultys, dėl vandens patekimo į ląstelę padidėja jo spaudimas citoplazmai, glaudžiai šalia membranos. Kai ląstelė yra visiškai prisotinta vandens, ji turi didžiausią tūrį.
Vidinės ląstelės įtampos būsena, kurią sukelia didelis kiekis vandens ir ląstelės turinio besivystantis slėgis jos apvalkale vadinamas turgoru.Turgoras užtikrina, kad organai išlaikytų savo formą (pavyzdžiui, lapai, nesuaugę stiebai) ir padėtį erdvėje bei atsparumą mechaniniai veiksniai. Vandens praradimas yra susijęs su turgoro sumažėjimu ir vytimu.
Jei ląstelė yra hipertoniniame tirpale, kurio koncentracija yra didesnė už ląstelės sulčių koncentraciją, tai vandens difuzijos greitis iš ląstelės sulčių viršys vandens difuzijos greitį į ląstelę iš aplinkinio tirpalo.
Dėl vandens išsiskyrimo iš ląstelės sumažėja ląstelių sulčių tūris ir mažėja turgoras. Ląstelės vakuolės tūrio sumažėjimą lydi citoplazmos atsiskyrimas nuo membranos - tai įvyksta plazmolizė.
Vykstant plazmolizei, pasikeičia plazmolizuoto protoplasto forma. Iš pradžių protoplastas atsilieka nuo ląstelės sienelės tik tam tikrose vietose, dažniausiai – kampuose. Šios formos plazmolizė vadinama kampine
Tada protoplastas toliau atsilieka ląstelių sienelės, išlaikant ryšį su jais atskirose vietose, protoplasto paviršius tarp šių taškų yra įgaubtos formos.
Šiame etape plazmolizė vadinama įgaubta.Pamažu protoplastas atitrūksta nuo ląstelės sienelių per visą paviršių ir įgauna apvalią formą. Šis plazmolizės tipas vadinamas išgaubta plazmolize.
Jei plazmolizuota ląstelė dedama į hipotoninį tirpalą, kurio koncentracija mažesnė už ląstelės sulčių koncentraciją, vanduo iš aplinkinio tirpalo pateks į vakuolę. Padidėjus vakuolės tūriui, padidės ląstelių sulčių slėgis citoplazmoje, kuri pradeda artėti prie ląstelės sienelių, kol užims pradinę padėtį - taip ir atsitiks. deplazmolizė
Užduotis Nr.3
Perskaitę pateiktą tekstą, atsakykite į šiuos klausimus.
1) buferinės talpos nustatymas
2) kurių anijonų koncentracija lemia ląstelės buferines savybes?
3) buferio vaidmuo ląstelėje
4) bikarbonatinėje buferinėje sistemoje (magnetinėje plokštėje) vykstančių reakcijų lygtis
5) osmoso apibrėžimas (pateikite pavyzdžių)
6) plazmolizės ir deplazmolizės stiklelių nustatymas
Kameroje yra apie 70 cheminiai elementai D.I.Mendelejevo periodinėje lentelėje, tačiau šių elementų turinys gerokai skiriasi nuo jų koncentracijos aplinkoje, o tai įrodo organinio pasaulio vienovę.
Ląstelėje esantys cheminiai elementai skirstomi į tris didelės grupės: makroelementai, mezoelementai (oligoelementai) ir mikroelementai.
Tai anglis, deguonis, vandenilis ir azotas, kurie yra pagrindinių organinių medžiagų dalis. Mezoelementai yra siera, fosforas, kalis, kalcis, natris, geležis, magnis, chloras, iš viso apie 1,9% ląstelės masės.
Siera ir fosforas yra svarbiausių organinių junginių komponentai. Mikroelementams priskiriami cheminiai elementai, kurių koncentracija ląstelėje yra apie 0,1 proc. Tai cinkas, jodas, varis, manganas, fluoras, kobaltas ir kt.
Ląstelių medžiagos skirstomos į neorganines ir organines.
KAM neorganinių medžiagų apima vandenį ir mineralines druskas.
Vanduo ląstelėje dėl savo fizikinių ir cheminių savybių yra tirpiklis, terpė reakcijoms, pradinė medžiaga ir cheminių reakcijų produktas, atlieka transportavimo ir termoreguliacijos funkcijas, suteikia ląstelei elastingumo, suteikia augalo ląstelės varomąją jėgą.
Mineralinės druskos ląstelėje gali būti ištirpusios arba neištirpusios.
Tirpios druskos disocijuoja į jonus. Svarbiausi katijonai yra kalis ir natris, kurie palengvina medžiagų pernešimą per membraną ir dalyvauja nervinių impulsų atsiradime ir vedime; kalcio, kuris dalyvauja raumenų skaidulų susitraukimo ir kraujo krešėjimo procesuose, magnio, kuris yra chlorofilo dalis, ir geležies, kuri yra daugelio baltymų, įskaitant hemoglobiną, dalis. Cinkas yra kasos hormono – insulino – molekulės dalis, varis reikalingas fotosintezės ir kvėpavimo procesams.
Svarbiausi anijonai yra fosfato anijonas, kuris yra ATP ir nukleorūgščių dalis, ir anglies rūgšties liekana, sušvelninanti aplinkos pH svyravimus.
Kalcio ir fosforo trūkumas sukelia rachitą, geležies stoką – anemiją.
Organines ląstelės medžiagas sudaro angliavandeniai, lipidai, baltymai, nukleorūgštys, ATP, vitaminai ir hormonai.
Angliavandeniai daugiausia sudaryti iš trijų cheminių elementų: anglies, deguonies ir vandenilio.
Jų bendroji formulė Cm(H20)n. Yra paprastų ir sudėtingų angliavandenių. Paprastuose angliavandeniuose (monosachariduose) yra viena cukraus molekulė. Jie skirstomi pagal anglies atomų skaičių, pavyzdžiui, pentozė (C5) ir heksozė (C6). Pentozės apima ribozę ir dezoksiribozę. Ribozė yra RNR ir ATP dalis. Dezoksiribozė yra DNR komponentas. Heksozės yra gliukozė, fruktozė, galaktozė ir kt.
Jie aktyviai dalyvauja ląstelių metabolizme ir yra sudėtinių angliavandenių - oligosacharidų ir polisacharidų - dalis. Oligosacharidus (disacharidus) sudaro sacharozė (gliukozė + fruktozė), laktozė arba pieno cukrus (gliukozė + galaktozė) ir kt.
Polisacharidų pavyzdžiai yra krakmolas, glikogenas, celiuliozė ir chitinas.
Angliavandeniai atlieka plastikines (konstrukcines), energetines (1 g angliavandenių skilimo energetinė vertė 17,6 kJ), kaupimo ir palaikymo funkcijas ląstelėje. Angliavandeniai taip pat gali būti sudėtinių lipidų ir baltymų dalis.
Lipidai yra hidrofobinių medžiagų grupė.
Tai yra riebalai, vaško steroidai, fosfolipidai ir kt.
Riebalų molekulės struktūra
Riebalai yra trihidroalkoholio glicerolio ir aukštesnių organinių (riebalų) rūgščių esteris. Riebalų molekulėje galima išskirti hidrofilinę dalį - "galvą" (glicerolio likutį) ir hidrofobinę dalį - "uodegas" (riebalų rūgščių likučius), todėl vandenyje riebalų molekulė yra orientuota griežtai apibrėžtu būdu: hidrofilinė dalis nukreipta į vandenį, o hidrofobinė dalis – toliau nuo jo.
Lipidai ląstelėje atlieka plastines (konstrukcines), energetines (1 g riebalų suskaidymo energetinė vertė 38,9 kJ), saugojimo, apsauginę (amortizaciją) ir reguliavimo (steroidiniai hormonai) funkcijas.
Baltymai yra biopolimerai, kurių monomerai yra aminorūgštys.
Aminorūgštyse yra amino grupė, karboksilo grupė ir radikalas. Aminorūgštys skiriasi tik savo radikalais. Baltymuose yra 20 pagrindinių aminorūgščių. Aminorūgštys yra sujungtos viena su kita, kad sudarytų peptidinį ryšį.
Daugiau nei 20 aminorūgščių grandinė vadinama polipeptidu arba baltymu. Baltymai sudaro keturias pagrindines struktūras: pirminę, antrinę, tretinę ir ketvirtinę.
Pirminė struktūra yra aminorūgščių seka, sujungta peptidine jungtimi.
Antrinė struktūra yra spiralė arba sulankstyta struktūra, kurią laiko vandeniliniai ryšiai tarp deguonies ir vandenilio atomų peptidų grupėse, turinčiose skirtingus spiralės posūkius arba raukšles.
Tretinę struktūrą (globulę) laiko kartu hidrofobiniai, vandenilio, disulfidiniai ir kiti ryšiai.
Baltymų tretinė struktūra
Tretinė struktūra būdinga daugumai organizmo baltymų, pavyzdžiui, raumenų mioglobinui.
Baltymų ketvirtinė struktūra.
Ketvirtinė struktūra yra sudėtingiausia, sudaryta iš kelių polipeptidinių grandinių, sujungtų daugiausia tomis pačiomis jungtimis kaip ir tretinėje.
Ketvirtinė struktūra būdinga hemoglobinui, chlorofilui ir kt.
Baltymai gali būti paprasti arba sudėtingi. Paprasti baltymai susideda tik iš aminorūgščių, o sudėtinguose baltymuose (lipoproteinai, chromoproteinai, glikoproteinai, nukleoproteinai ir kt.) yra baltyminių ir nebaltyminių dalių.
Pavyzdžiui, be keturių globino baltymo polipeptidinių grandinių, hemoglobine yra ir nebaltyminė dalis – hemas, kurio centre yra geležies jonas, suteikiantis hemoglobinui raudoną spalvą.
Funkcinis baltymų aktyvumas priklauso nuo aplinkos sąlygų.
Baltymų molekulės struktūros praradimas iki pirminės struktūros vadinamas denatūracija. Atvirkštinis antrinių ir aukštesniųjų struktūrų atkūrimo procesas yra renatūracija. Visiškas sunaikinimas baltymų molekulė vadinama destrukcija.
Baltymai ląstelėje atlieka daugybę funkcijų: plastinės (konstrukcinės), katalizinės (fermentinės), energetinės (1 g baltymo skilimo energetinė vertė yra 17,6 kJ), signalizavimo (receptorių), susitraukiančių (motorinių), transportavimo, apsaugos, reguliavimo, saugojimo.
Nukleorūgštys yra biopolimerai, kurių monomerai yra nukleotidai.
Nukleotidą sudaro azoto bazė, pentozės cukraus liekanos ir ortofosforo rūgšties liekanos. Yra dviejų tipų nukleino rūgštys: ribonukleino rūgštis (RNR) ir dezoksiribonukleino rūgštis (DNR).
DNR yra keturių tipų nukleotidai: adeninas (A), timinas (T), guaninas (G) ir citozinas (C). Šiuose nukleotiduose yra cukraus dezoksiribozės. Chargaff taisyklės DNR yra šios:
1) adenilo nukleotidų skaičius DNR lygus timidilo nukleotidų skaičiui (A = T);
2) guanilo nukleotidų skaičius DNR lygus citidilo nukleotidų skaičiui (G = C);
3) adenilo ir guanilo nukleotidų suma lygi timidilo ir citidilo nukleotidų sumai (A + G = T + C).
DNR struktūrą atrado F.
Crickas ir D. Watsonas ( Nobelio premija fiziologijoje ir medicinoje 1962). DNR molekulė yra dvigrandė spiralė.
Ląstelė ir jos cheminė sudėtis
Nukleotidai yra sujungti vienas su kitu per fosforo rūgšties likučius, sudarydami fosfodiesterio ryšį, o azoto bazės nukreiptos į vidų. Atstumas tarp nukleotidų grandinėje yra 0,34 nm.
Įvairių grandinių nukleotidai yra sujungti vienas su kitu vandeniliniais ryšiais pagal komplementarumo principą: adeninas su timinu jungiasi dviem vandeniliniais ryšiais (A = T), o guaninas su citozinu – trimis (G = C).
Nukleotidų struktūra
Svarbiausia DNR savybė yra gebėjimas daugintis (savarankiškai daugintis).
Pagrindinė DNR funkcija yra paveldimos informacijos saugojimas ir perdavimas.
Jis sutelktas branduolyje, mitochondrijose ir plastiduose.
RNR taip pat yra keturi nukleotidai: adeninas (A), uracilas (U), guaninas (G) ir citozinas (C). Pentozės cukraus likutį jame vaizduoja ribozė.
RNR dažniausiai yra vienos grandinės molekulės. Yra trys RNR tipai: pasiuntinio RNR (i-RNR), pernešimo RNR (t-RNR) ir ribosomų RNR (r-RNR).
tRNR struktūra
Visi jie aktyviai dalyvauja įgyvendinant paveldimą informaciją, kuri iš DNR perrašoma į i-RNR, o pastarojoje jau vyksta baltymų sintezė, t-RNR baltymų sintezės procese atneša aminorūgštis į ribosomos, r-RNR yra pačių ribosomų dalis.
Gyvos ląstelės cheminė sudėtis
Ląstelėje yra įvairių cheminių junginių. Dalis jų – neorganinių – aptinkama ir negyvojoje gamtoje. Tačiau ląstelėms labiausiai būdingi organiniai junginiai, kurių molekulės yra labai sudėtingos struktūros.
Neorganiniai ląstelės junginiai. Vanduo ir druskos yra neorganiniai junginiai. Daugumoje ląstelių yra vandens. Tai būtina kiekvienam gyvenimo procesai.
Vanduo yra geras tirpiklis. Vandeniniame tirpale atsiranda cheminė reakcijaįvairių medžiagų. Ištirpusioje būsenoje maistinių medžiagų iš tarpląstelinės medžiagos per membraną prasiskverbia į ląstelę. Vanduo taip pat padeda pašalinti iš ląstelės medžiagas, kurios susidaro dėl joje vykstančių reakcijų.
Ląstelių gyvybės procesams svarbiausios druskos yra K, Na, Ca, Mg ir kt.
Organiniai ląstelės junginiai. Pagrindinis vaidmuo įgyvendinant ląstelių funkciją priklauso organiniams junginiams. Tarp jų didžiausia vertė turi baltymų, riebalų, angliavandenių ir nukleino rūgščių.
Baltymai yra pagrindinė ir sudėtingiausia bet kurios gyvos ląstelės medžiaga.
Baltymų molekulės dydis yra šimtus ir tūkstančius kartų didesnis nei molekulių neorganiniai junginiai. Be baltymų nėra gyvybės. Kai kurie baltymai, veikdami kaip katalizatoriai, pagreitina chemines reakcijas. Tokie baltymai vadinami fermentais.
Riebalai ir angliavandeniai turi ne tokią sudėtingą struktūrą.
Jie yra statybinė ląstelės medžiaga ir tarnauja kaip energijos šaltinis gyvybiniams kūno procesams.
Nukleino rūgštys susidaro ląstelės branduolyje. Iš čia ir kilęs jų pavadinimas (lot. Nucleus – branduolys). Kaip chromosomų dalis, nukleino rūgštys dalyvauja išsaugant ir perduodant paveldimas ląstelės savybes. Nukleino rūgštys užtikrina baltymų susidarymą.
Gyvybinės ląstelės savybės. Pagrindinė ląstelės savybė yra medžiagų apykaita.
Iš tarpląstelinės medžiagos į ląsteles nuolat tiekiamos maistinės medžiagos ir deguonis, išsiskiria irimo produktai. Į ląstelę patenkančios medžiagos dalyvauja biosintezės procesuose. Biosintezė – tai baltymų, riebalų, angliavandenių ir jų junginių susidarymas iš paprastesnių medžiagų. Vykstant biosintezei susidaro tam tikroms organizmo ląstelėms būdingos medžiagos.
Pavyzdžiui, raumenų ląstelėse sintetinami baltymai, kurie užtikrina raumenų susitraukimą.
Kartu su biosinteze ląstelėse suyra organiniai junginiai. Skilimo rezultate susidaro paprastesnės sandaros medžiagos. Dauguma Skilimo reakcija vyksta dalyvaujant deguoniui ir išleidžiant energiją.
Cheminė ląstelės organizacija
Ši energija išleidžiama ląstelėje vykstantiems gyvybės procesams. Biosintezės ir skilimo procesai sudaro medžiagų apykaitą, kurią lydi energijos konversija.
Ląstelėms būdingas augimas ir dauginimasis. Žmogaus kūno ląstelės dauginasi dalijantis per pusę. Kiekviena susidariusi dukterinė ląstelė auga ir pasiekia motininės ląstelės dydį. Naujos ląstelės atlieka motininės ląstelės funkciją.
Ląstelių gyvenimo trukmė skiriasi: nuo kelių valandų iki dešimčių metų.
Gyvos ląstelės gali reaguoti į fizinius ir cheminius savo aplinkos pokyčius. Ši ląstelių savybė vadinama jaudrumu. Tuo pačiu metu ląstelės iš ramybės būsenos pereina į darbinę – sužadinimo – būseną. Susijaudinus ląstelėse, keičiasi biosintezės ir medžiagų skilimo greitis, deguonies suvartojimas, temperatūra. Susijaudinusios ląstelės atlieka jiems būdingas funkcijas.
Liaukų ląstelės formuoja ir išskiria medžiagas, raumenų ląstelės susitraukia, nervų ląstelės atsiranda silpnas elektrinis signalas – nervinis impulsas, kuris gali plisti per ląstelių membranas.
Vidinė kūno aplinka.
Dauguma kūno ląstelių nėra prijungtos prie išorinės aplinkos. Jų gyvybinę veiklą užtikrina vidinė aplinka, susidedanti iš 3 rūšių skysčių: tarpląstelinio (audinio) skysčio, su kuriuo ląstelės tiesiogiai kontaktuoja, kraujo ir limfos. Vidinė aplinka aprūpina ląsteles gyvybinėms funkcijoms būtinomis medžiagomis, o per ją pašalinami irimo produktai.
Vidinė kūno aplinka turi santykinį sudėties pastovumą ir fizinės ir cheminės savybės. Tik tokiomis sąlygomis ląstelės gali normaliai funkcionuoti.
Metabolizmas, biosintezė ir organinių junginių skilimas, augimas, dauginimasis, jaudrumas yra pagrindinės gyvybinės ląstelių savybės.
Ląstelių gyvybines savybes užtikrina santykinis organizmo vidinės aplinkos sudėties pastovumas.
Atlas: žmogaus anatomija ir fiziologija. Pilnas praktinis vadovas Elena Jurjevna Zigalova
Cheminė ląstelės sudėtis
Cheminė ląstelės sudėtis
Ląstelės sudėtis apima daugiau nei 100 cheminių elementų, keturi iš jų sudaro apie 98% masės. organogenai: deguonis (65–75 %), anglis (15–18 %), vandenilis (8–10 %) ir azotas (1,5–3,0 %). Likę elementai skirstomi į tris grupes: makroelementai – jų kiekis organizme viršija 0,01%)); mikroelementų (0,00001–0,01%) ir ultramikroelementų (mažiau nei 0,00001). Makroelementai yra siera, fosforas, chloras, kalis, natris, magnis, kalcis. Mikroelementai yra geležis, cinkas, varis, jodas, fluoras, aliuminis, varis, manganas, kobaltas ir kt. Ultramikroelementai yra selenas, vanadis, silicis, nikelis, litis, sidabras ir kt. Nepaisant labai mažo kiekio, mikroelementai ir ultramikroelementai atlieka labai svarbų vaidmenį. Jie daugiausia veikia medžiagų apykaitą. Be jų neįmanoma normaliai funkcionuoti kiekvienos ląstelės ir viso organizmo.
Ryžiai. 1. Ultramikroskopinė ląstelių struktūra. 1 – citolema ( plazmos membrana); 2 – pinocitotinės pūslelės; 3 – centrosoma, ląstelės centras (citocentras); 4 – hialoplazma; 5 – endoplazminis tinklas: a – granuliuoto tinklelio membrana; b – ribosomos; 6 – perinuklearinės erdvės sujungimas su endoplazminio tinklo ertmėmis; 7 – šerdis; 8 – branduolinės poros; 9 – negranuliuotas (lygus) endoplazminis tinklas; 10 – branduolys; 11 – vidinis tinklinis aparatas (Golgi kompleksas); 12 – sekrecinės vakuolės; 13 – mitochondrijos; 14 – liposomos; 15 – trys fagocitozės stadijos iš eilės; 16 – bendravimas ląstelės membrana(citolemmos) su endoplazminio tinklo membranomis
Ląstelė susideda iš neorganinių ir organinių medžiagų. Tarp neorganinių medžiagų yra didžiausias vandens kiekis. Santykinis vandens kiekis ląstelėje yra nuo 70 iki 80%. Vanduo yra universalus tirpiklis, jame vyksta visos biocheminės reakcijos ląstelėje. Dalyvaujant vandeniui, atliekama termoreguliacija. Medžiagos, kurios tirpsta vandenyje (druskos, bazės, rūgštys, baltymai, angliavandeniai, alkoholiai ir kt.), vadinamos hidrofilinėmis. Hidrofobinės medžiagos (riebalai ir į riebalus panašios medžiagos) netirpsta vandenyje. Kitos neorganinės medžiagos (druskos, rūgštys, bazės, teigiamos ir neigiamų jonų) svyruoja nuo 1,0 iki 1,5%.
Iš organinių medžiagų vyrauja baltymai (10-20%), riebalai arba lipidai (1-5%), angliavandeniai (0,2-2,0%), nukleino rūgštys (1-2%). Mažos molekulinės masės medžiagų kiekis neviršija 0,5%.
Molekulė voverė yra polimeras, susidedantis iš daugybės pasikartojančių monomerų vienetų. Aminorūgščių baltymų monomerai (jų yra 20) yra sujungti vienas su kitu peptidiniais ryšiais, sudarydami polipeptidinę grandinę (pirminė baltymo struktūra). Jis susisuka į spiralę, savo ruožtu sudarydamas antrinę baltymo struktūrą. Dėl specifinės polipeptidinės grandinės erdvinės orientacijos atsiranda tretinė baltymo struktūra, kuri lemia baltymo molekulės specifiškumą ir biologinį aktyvumą. Kelios tretinės struktūros jungiasi viena su kita ir sudaro ketvirtinę struktūrą.
Baltymai atlieka esmines funkcijas. Fermentai– biologiniai katalizatoriai, kurie padidina cheminių reakcijų greitį ląstelėje šimtus tūkstančių milijonų kartų, yra baltymai. Baltymai, būdami visų ląstelių struktūrų dalis, atlieka plastinę (konstrukcinę) funkciją. Ląstelių judėjimą taip pat atlieka baltymai. Jie užtikrina medžiagų transportavimą į ląstelę, iš ląstelės ir ląstelės viduje. Svarbi apsauginė baltymų (antikūnų) funkcija. Baltymai yra vienas iš energijos šaltinių.
Angliavandeniai skirstomi į monosacharidus ir polisacharidus. Pastarosios yra pagamintos iš monosacharidų, kurie, kaip ir aminorūgštys, yra monomerai. Iš ląstelėje esančių monosacharidų svarbiausi yra gliukozė, fruktozė (sudėtyje yra šeši anglies atomai) ir pentozė (penki anglies atomai). Pentozės yra nukleorūgščių dalis. Monosacharidai labai gerai tirpsta vandenyje. Polisacharidai blogai tirpsta vandenyje (gyvūnų ląstelėse – glikogenas, augalų ląstelėse – krakmolas ir celiuliozė).Angliavandeniai yra energijos šaltinis, sudėtiniai angliavandeniai kartu su baltymais (glikoproteinais), riebalais (glikolipidais) dalyvauja formuojantis ląstelių paviršiams ir ląstelėms. sąveikos.
KAM lipidai apima riebalus ir į riebalus panašias medžiagas. Riebalų molekulės yra sudarytos iš glicerolio ir riebalų rūgščių. Į riebalus panašios medžiagos yra cholesterolis, kai kurie hormonai ir lecitinas. Lipidai, kurie yra pagrindiniai ląstelių membranų komponentai (jie aprašyti toliau), taip atlieka konstravimo funkciją. Lipidai yra svarbiausi energijos šaltiniai. Taigi, jei visiškai oksiduojant 1 g baltymų ar angliavandenių išsiskiria 17,6 kJ energijos, tai visiškai oksiduojant 1 g riebalų – 38,9 kJ. Lipidai atlieka termoreguliaciją ir apsaugo organus (riebalų kapsulės).
Nukleino rūgštys yra polimerų molekulės, sudarytos iš monomerų ir nukleotidų. Nukleotidą sudaro purino arba pirimidino bazė, cukrus (pentozė) ir fosforo rūgšties liekanos. Visose ląstelėse yra dviejų tipų nukleino rūgštys: dezoksiribonukleino rūgštis (DNR) ir ribonukleino rūgštis (RNR), kurios skiriasi bazių ir cukrų sudėtimi (1 lentelė, ryžių. 2).
Ryžiai. 2. Erdvinė struktūra nukleino rūgštys (pagal B. Alberts ir kt., su pakeitimais). I – RNR; II – DNR; juostelės – cukraus fosfato stuburai; A, C, G, T, U – azotinės bazės, gardelės tarp jų – vandeniliniai ryšiai
DNR molekulė susideda iš dviejų polinukleotidų grandinių, susuktų viena aplink kitą dvigubos spiralės pavidalu. Abiejų grandinių azotinės bazės yra sujungtos viena su kita komplementariais vandenilio ryšiais. Adeninas jungiasi tik su timinu, o citozinas – su guaninu(A – T, G – C). DNR yra genetinė informacija, kuri lemia ląstelės sintezuojamų baltymų specifiškumą, tai yra aminorūgščių seką polipeptidinėje grandinėje. DNR paveldėjimo būdu perduoda visas ląstelės savybes. DNR randama branduolyje ir mitochondrijose.
RNR molekulę sudaro viena polinukleotidų grandinė. Ląstelėse yra trijų tipų RNR. Informacinė arba pasiuntinio RNR tRNR (iš anglų kalbos pasiuntinio - „tarpininkas“), perduodanti informaciją apie DNR nukleotidų seką į ribosomas (žr. toliau).
Perneša RNR (tRNR), kuri perneša aminorūgštis į ribosomas. Ribosominė RNR (rRNR), kuri dalyvauja formuojant ribosomas. RNR randama branduolyje, ribosomose, citoplazmoje, mitochondrijose ir chloroplastuose.
1 lentelė
Nukleino rūgščių sudėtis
Ląstelėje esančios cheminės medžiagos, ypač jų sudėtis, cheminiu požiūriu skirstomos į makro- ir mikroelementus. Tačiau yra ir ultramikroelementų grupė, kuriai priklauso cheminiai elementai, kurių procentinė dalis yra 0,0000001%.
Vienų cheminių junginių ląstelėje yra daugiau, kitų mažiau. Tačiau visi pagrindiniai ląstelės elementai priklauso makroelementų grupei. Priešdėlio makrokomanda reiškia daug.
Gyvas organizmas atominiame lygmenyje niekuo nesiskiria nuo negyvosios gamtos objektų. Jį sudaro tie patys atomai kaip ir negyvi objektai. Tačiau cheminių elementų skaičius gyvame organizme, ypač tų, kurie užtikrina pagrindinius gyvybės procesus, procentais yra daug didesnis.
Ląstelių cheminės medžiagos
Voverės
Pagrindinės ląstelės medžiagos yra baltymai. Jie užima 50% ląstelių masės. Baltymai atlieka daugybę skirtingų funkcijų gyvų būtybių organizme, o baltymai taip pat yra daug kitų medžiagų pagal savo panašumą ir funkcijas.
Pagal savo cheminę struktūrą baltymai yra biopolimerai, susidedantys iš aminorūgščių, sujungtų peptidiniais ryšiais. Norėčiau pastebėti, kad baltymų sudėtį daugiausia užima aminorūgščių liekanos.
Baltymų cheminei sudėčiai būdingas pastovus vidutinis azoto kiekis – apie 16%. Norėčiau pažymėti, kad veikiant specifiniams fermentams, taip pat kaitinant rūgštimis, baltymai gali hidrolizuotis. Tai yra viena iš pagrindinių jų savybių.
Angliavandeniai
Angliavandeniai yra labai plačiai paplitę gamtoje ir atlieka labai svarbų vaidmenį augalų ir gyvūnų gyvenime. Jie dalyvauja įvairiuose medžiagų apykaitos procesuose organizme ir yra daugelio natūralių junginių sudedamosios dalys.
Pagal turinį, struktūrą ir fizikines bei chemines savybes angliavandeniai skirstomi į dvi grupes: paprastus – tai monosacharidai ir kompleksinius – monosacharidų kondensacijos produktus. Tarp sudėtinių angliavandenių taip pat yra dvi grupės: oligosacharidai (monosacharidų likučių skaičius yra nuo dviejų iki dešimties) ir polisacharidai (monosacharidų likučių skaičius yra daugiau nei dešimt).
Lipidai
Lipidai yra pagrindinis organizmų energijos šaltinis. Gyvuose organizmuose lipidai atlieka bent tris pagrindines funkcijas: jie yra pagrindinės konstrukciniai komponentai membranos, yra bendras energijos rezervas, taip pat atlieka apsauginį vaidmenį gyvūnų, augalų ir mikroorganizmų odos sudėtyje.
Ląstelėje esančios cheminės medžiagos, priklausančios lipidų klasei, turi ypatingą savybę – jos netirpsta vandenyje ir mažai tirpsta organiniuose tirpikliuose.
Nukleino rūgštys
Gyvų organizmų ląstelėse aptiktos dviejų tipų gyvybiškai svarbios nukleino rūgštys: dezoksiribonukleino rūgštis (DNR) ir ribonukleino rūgštis (RNR). Nukleino rūgštys yra sudėtingi junginiai, kuriuose yra azoto.
Visiškos hidrolizės atveju nukleorūgštys suskaidomos į mažesnius junginius, būtent: azoto bazes, angliavandenius ir fosfato rūgštį. Nepilnos nukleorūgščių hidrolizės atveju susidaro nukleozidai ir nukleotidai. Pagrindinė nukleino rūgščių funkcija yra genetinės informacijos saugojimas ir biologiškai aktyvių medžiagų pernešimas.
Makroelementų grupė yra pagrindinis ląstelių gyvybės šaltinis
Makroelementų grupei priklauso tokie pagrindiniai cheminiai elementai kaip deguonis, anglis, vandenilis, azotas, kalis, fosforas, siera, magnis, natris, kalcis, chloras ir kt. Daugelis jų yra, pavyzdžiui, fosforas, azotas, siera skirtingi ryšiai, kurios yra atsakingos už kūno ląstelių gyvybinius procesus. Kiekvienas iš šių elementų turi savo funkciją, be kurios ląstelės egzistavimas būtų neįmanomas.
- Pavyzdžiui, deguonis yra įtrauktas į beveik visas ląstelės organines medžiagas ir junginius. Daugeliui, ypač aerobinių organizmų, deguonis veikia kaip oksidatorius, kuris šio organizmo ląsteles aprūpina energija kvėpuojant. Didžiausias deguonies kiekis gyvuose organizmuose yra vandens molekulėse.
- Anglis taip pat yra daugelio ląstelių junginių dalis. CaCO3 molekulėje esantys anglies atomai sudaro gyvų organizmų skeleto pagrindą. Be to, anglis reguliuoja ląstelių funkcijos ir vaidina svarbų vaidmenį augalų fotosintezės procese.
- Vandenilis randamas ląstelėje esančiose vandens molekulėse. Jo pagrindinis vaidmuo ląstelių struktūroje yra tai, kad daugelis mikroskopinių bakterijų oksiduoja vandenilį, kad gautų energiją.
- Azotas yra vienas iš pagrindinių ląstelės komponentų. Jo atomai yra nukleorūgščių, daugelio baltymų ir aminorūgščių dalis. Azotas dalyvauja kraujospūdžio reguliavimo procese N O pavidalu ir išsiskiria iš gyvo organizmo su šlapimu.
Ne mažiau svarbios organizmų gyvybei yra siera ir fosforas. Pirmasis yra daugelyje aminorūgščių, taigi ir baltymuose. O fosforas sudaro ATP – pagrindinio ir didžiausio gyvo organizmo energijos šaltinio – pagrindą. Be to, mineralinių druskų pavidalo fosforas randamas dantų ir kaulų audiniuose.
Kalcis ir magnis yra svarbūs kūno ląstelių komponentai. Kalcis kreša kraują, todėl yra gyvybiškai svarbus gyvoms būtybėms. Jis taip pat reguliuoja daugelį tarpląstelinių procesų. Magnis dalyvauja kuriant DNR organizme, be to, jis yra daugelio fermentų kofaktorius.
Ląstelei taip pat reikia makroelementų, tokių kaip natris ir kalis. Natris palaiko ląstelės membraninį potencialą, o kalis būtinas nerviniams impulsams ir normalus veikimasširdies raumenys.
Mikroelementų svarba gyvam organizmui
Visos pagrindinės ląstelių medžiagos susideda ne tik iš makroelementų, bet ir iš mikroelementų. Tai yra cinkas, selenas, jodas, varis ir kt. Ląstelėje, kaip pagrindinių medžiagų, jų randama nedideliais kiekiais, tačiau jie atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį organizmo procesuose. Pavyzdžiui, selenas reguliuoja daugelį pagrindinių procesų, varis yra vienas iš daugelio fermentų sudedamųjų dalių, o cinkas yra pagrindinis insulino, pagrindinio kasos hormono, sudėties elementas.
Cheminė ląstelės sudėtis - vaizdo įrašas
Ląstelė
Gyvųjų sistemų sampratos požiūriu pagal A. Lehningerį.
Gyva ląstelė yra izoterminė organinių molekulių sistema, galinti savarankiškai reguliuotis ir savaime daugintis, išgauti energiją ir išteklius iš aplinkos.
Ląstelėje vyksta daug nuoseklių reakcijų, kurių greitį reguliuoja pati ląstelė.
Ląstelė išlaiko save stacionarioje dinaminėje būsenoje, toli nuo pusiausvyros su aplinka.
Ląstelės funkcionuoja minimalaus komponentų ir procesų suvartojimo principu.
Tai. Ląstelė yra elementari gyva atvira sistema, galinti savarankiškai egzistuoti, daugintis ir vystytis. Tai elementarus struktūrinis ir funkcinis visų gyvų organizmų vienetas.
Cheminė ląstelių sudėtis.
Nustatyta, kad iš 110 Mendelejevo periodinės lentelės elementų 86 nuolat yra žmogaus organizme. 25 iš jų būtini normaliam gyvenimui, 18 – būtini, o 7 naudingi. Pagal procentinį kiekį ląstelėje cheminiai elementai skirstomi į tris grupes:
Makroelementai Pagrindiniai elementai (organogenai) yra vandenilis, anglis, deguonis, azotas. Jų koncentracija: 98 – 99,9%. Jie yra universalūs organinių ląstelių junginių komponentai.
Mikroelementai – natris, magnis, fosforas, siera, chloras, kalis, kalcis, geležis. Jų koncentracija yra 0,1%.
Ultramikroelementai – boras, silicis, vanadis, manganas, kobaltas, varis, cinkas, molibdenas, selenas, jodas, bromas, fluoras. Jie veikia medžiagų apykaitą. Jų nebuvimas yra ligų priežastis (cinkas - cukrinis diabetas, jodas - endeminė gūžys, geležis - sunki anemijos forma ir tt).
Šiuolaikinė medicina žino faktus apie neigiamą vitaminų ir mineralų sąveiką:
Cinkas mažina vario pasisavinimą ir konkuruoja su geležimi ir kalciu dėl įsisavinimo; (o dėl cinko trūkumo susilpnėja imuninė sistema ir atsiranda daugybė patologinių būklių iš endokrininių liaukų).
Kalcis ir geležis mažina mangano pasisavinimą;
Vitaminas E blogai derinamas su geležimi, o vitaminas C – su B grupės vitaminais.
Teigiama sąveika:
Vitaminas E ir selenas, taip pat kalcis ir vitaminas K veikia sinergiškai;
Vitaminas D būtinas kalciui pasisavinti;
Varis skatina pasisavinimą ir padidina geležies panaudojimo organizme efektyvumą.
Neorganiniai ląstelės komponentai.
Vanduo– svarbiausias ląstelės komponentas, universali gyvosios medžiagos dispersinė terpė. Aktyvios sausumos organizmų ląstelės sudaro 60–95% vandens. Ramybės ląstelėse ir audiniuose (sėklose, sporose) yra 10 - 20% vandens. Vanduo ląstelėje yra dviejų formų – laisvas ir surištas su ląsteliniais koloidais. Laisvas vanduo yra protoplazmos koloidinės sistemos tirpiklis ir dispersinė terpė. Jos 95 proc. Surištas vanduo (4–5%) viso ląstelių vandens sudaro silpnus vandenilio ir hidroksilo ryšius su baltymais.
Vandens savybės:
Vanduo yra natūralus mineralinių jonų ir kitų medžiagų tirpiklis.
Vanduo yra protoplazmos koloidinės sistemos dispersinė fazė.
Vanduo yra terpė ląstelių metabolinėms reakcijoms, nes fiziologiniai procesai vyksta išskirtinai vandens aplinkoje. Suteikia hidrolizės, hidratacijos, patinimo reakcijas.
Dalyvauja daugelyje fermentinių ląstelės reakcijų ir susidaro metabolizmo metu.
Vanduo yra vandenilio jonų šaltinis fotosintezės metu augaluose.
Biologinė vandens reikšmė:
Dauguma biocheminių reakcijų vyksta tik vandeniniame tirpale, daugelis medžiagų patenka į ląsteles ir iš jos išeina ištirpusios. Tai apibūdina vandens transportavimo funkciją.
Vanduo suteikia hidrolizės reakcijas – baltymų, riebalų, angliavandenių skaidymą vandens įtakoje.
Dėl didelio garavimo karščio kūnas vėsinamas. Pavyzdžiui, žmonių prakaitavimas arba augalų transpiracija.
Didelė vandens šiluminė talpa ir šilumos laidumas prisideda prie tolygaus šilumos pasiskirstymo ląstelėje.
Dėl sukibimo (vanduo – dirvožemis) ir sanglaudos (vanduo – vanduo) jėgų vanduo turi kapiliariškumo savybę.
Vandens nesuspaudžiamumas lemia apvaliųjų kirmėlių ląstelių sienelių (turgoro) ir hidrostatinio skeleto įtemptą būseną.
Iš savo botanikos ir zoologijos kursų žinote, kad augalų ir gyvūnų kūnai yra sukurti iš ląstelių. Žmogaus kūnas taip pat susideda iš ląstelių. Dėl ląstelinės kūno struktūros galimas jo augimas, dauginimasis, organų ir audinių atstatymas bei kitos veiklos formos.
Ląstelių forma ir dydis priklauso nuo organo atliekamos funkcijos. Pagrindinis ląstelės sandaros tyrimo instrumentas yra mikroskopas. Šviesos mikroskopas leidžia apžiūrėti ląstelę padidinus maždaug tris tūkstančius kartų; elektroninis mikroskopas, kuriame vietoj šviesos naudojamas elektronų srautas – šimtus tūkstančių kartų. Citologija tiria ląstelių struktūrą ir funkcijas (iš graikų kalbos „cytos“ - ląstelė).
| |
Citoplazma- klampi pusiau skysta medžiaga. Citoplazmoje yra keletas mažiausių ląstelės struktūrų - organoidai, kurie atlieka įvairių funkcijų. Pažvelkime į svarbiausias organeles: mitochondrijas, kanalėlių tinklą, ribosomas, ląstelės centrą ir branduolį.
Mitochondrijos- trumpi pastorinti korpusai su vidinėmis pertvaromis. Jie gamina medžiagą, kurioje gausu energijos, reikalingos ląstelėje vykstantiems procesams (ATP). Pastebėta, kad kuo aktyviau ląstelė veikia, tuo daugiau joje yra mitochondrijų.
Vamzdelių tinklas prasiskverbia per visą citoplazmą. Per šiuos kanalėlius vyksta medžiagų judėjimas ir užmezgamas ryšys tarp organelių.
Ribosomos- tankūs kūnai, kuriuose yra baltymų ir ribonukleino rūgšties. Jie yra baltymų susidarymo vieta.
Ląstelės centras susidaro kūnų, dalyvaujančių ląstelių dalijimuisi. Jie yra šalia šerdies.
Šerdis- tai kūnas, kuris yra esminis ląstelės komponentas. Ląstelių dalijimosi metu keičiasi branduolio struktūra. Kai baigiasi ląstelių dalijimasis, branduolys grįžta į ankstesnę būseną. Šerdyje yra speciali medžiaga - chromatinas, iš kurių prieš ląstelių dalijimąsi susidaro siūliniai kūnai - chromosomos. Ląstelėms būdingas pastovus tam tikros formos chromosomų skaičius. Žmogaus kūno ląstelėse yra 46 chromosomos, o lytinės ląstelės – 23.
Cheminė ląstelės sudėtis.Žmogaus kūno ląstelės susideda iš įvairių neorganinių ir organinių cheminių junginių. Ląstelės neorganinės medžiagos yra vanduo ir druskos. Vanduo sudaro iki 80% ląstelės masės. Jis tirpdo cheminėse reakcijose dalyvaujančias medžiagas: perneša maistines medžiagas, pašalina iš ląstelės atliekas ir kenksmingus junginius. Mineralinės druskos – natrio chloridas, kalio chloridas ir kt. – atlieka svarbų vaidmenį paskirstant vandenį tarp ląstelių ir tarpląstelinės medžiagos. Atskiri cheminiai elementai, tokie kaip deguonis, vandenilis, azotas, siera, geležis, magnis, cinkas, jodas, fosforas, dalyvauja kuriant gyvybiškai svarbius organinius junginius. Organiniai junginiai sudaro iki 20-30% kiekvienos ląstelės masės. Iš organinių junginių didžiausią reikšmę turi angliavandeniai, riebalai, baltymai ir nukleorūgštys.
Angliavandeniai susideda iš anglies, vandenilio ir deguonies. Angliavandeniai yra gliukozė ir gyvulinis krakmolas – glikogenas. Daugelis angliavandenių gerai tirpsta vandenyje ir yra pagrindinis energijos šaltinis visiems gyvybės procesams. Suskaidžius 1 g angliavandenių išsiskiria 17,6 kJ energijos.
Riebalai susidaro iš tų pačių cheminių elementų kaip ir angliavandeniai. Riebalai netirpsta vandenyje. Jie yra ląstelių membranų dalis. Riebalai taip pat tarnauja kaip atsarginis energijos šaltinis organizme. Visiškai suskaidžius 1 g riebalų, išsiskiria 38,9 kJ energijos.Voverės yra pagrindinės ląstelės medžiagos. Baltymai yra sudėtingiausios gamtoje randamos organinės medžiagos, nors ir susideda iš palyginti nedaug cheminių elementų – anglies, vandenilio, deguonies, azoto, sieros. Labai dažnai baltymuose yra fosforo. Baltymų molekulė yra didelė ir susideda iš grandinės, susidedančios iš dešimčių ir šimtų paprastesnių junginių – 20 rūšių aminorūgščių.
Baltymai yra pagrindinė statybinė medžiaga. Jie dalyvauja formuojant ląstelių membranas, branduolį, citoplazmą ir organelius. Daugelis baltymų veikia kaip cheminių reakcijų greitintojai - fermentai. Biocheminiai procesai ląstelėje gali vykti tik esant specialiems fermentams, kurie šimtus milijonų kartų pagreitina chemines medžiagų transformacijas.
Baltymai turi skirtingą struktūrą. Vienoje ląstelėje yra iki 1000 skirtingų baltymų.
Organizme skaidant baltymus, išsiskiria maždaug tiek pat energijos, kiek ir skaidant angliavandenius – 17,6 kJ 1 g.
Nukleino rūgštys susidaro ląstelės branduolyje. Jų pavadinimas yra susijęs su tuo (iš lotyniško „nucleus“ - šerdis). Jie susideda iš anglies, deguonies, vandenilio ir azoto bei fosforo. Yra dviejų tipų nukleino rūgštys – dezoksiribonukleino rūgštys (DNR) ir ribonukleino rūgštys (RNR). DNR daugiausia randama ląstelių chromosomose. DNR lemia ląstelių baltymų sudėtį ir paveldimų savybių bei savybių perdavimą iš tėvų palikuonims. RNR funkcijos yra susijusios su šiai ląstelei būdingų baltymų susidarymu.
Pagrindiniai terminai ir sąvokos:
